武汉大学选修课系统工程概论chap 1 系统与系统科学
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《系统工程概论》
主讲教师： 罗 强
李小平
武汉大学 水利水电学院
1
罗强：
E-mail：qluo@ 地址：武汉大学水利水电学院农水楼305室
李小平：
Telphone: 68772202 地址：武汉学计划
1.课程性质： 2.学分/学时： 3.上课时间： 4.上课地点： 6.成绩评定： 全校公选课 2学分/36学时 1-13周，周四12－14节 1区3－402教室 平时成绩40%，期末60%
•20世纪30年代末，战争需要，研制雷达系统，产生运筹学
•运筹学的贡献：把系统有效运行的制约因素和要实现的目标 这一共性，概括成一种数学模式：联立约束方程和目标函数 并求解 •运筹学的成熟标志：瓦格纳（1969）《运筹学原理和对管理 决策的应用》
17
发展过程
•控制论（维纳，1894-1964）：关于动物和机器中控制和通 信的科学，基础是自动控制技术和统计数学 •它对系统科学的贡献：提炼出了包括生物系统和人工系统 的共性和规律，提炼出的概念：目的、行为、通信、输入、 输出、反馈、控制等，及在这些概念上的模型，联系着理论 与应用 •信息学（申农，1948）：对系统的信息传递和处理过程规 律 •计算机技术（1948）：不单是威力巨大的计算手段，标志 着人类对信息处理本质的认识，即人的智能机理，实现了人 的信息处理的智能可以部分由人造物代替
•强调全局观念、从全局出发合理使用局部、最终求得 全局效果最佳，从而找到精确计算后的获胜对策
13
•综合起来，系统思想是进行分析与综合的辩证思 维工具，它在辩证唯物主义那里取得了哲学的表 达形式，在运筹学等学科那里找到了定量的表达 形式，在系统工程这里获得了丰富的实践内容 •系统思想是从经验到哲学、从思辩到定性再到定 量的发展过程
9
鱼嘴分水堤
10
飞沙堰溢洪道
11
12
•现代科学技术使系统思想定量化，成为有数学理论、 能够定量处理系统各组成部分相互联系的科学方法 •计算机技术的发展为定量化系统思想的应用提供了强
有力工具
•社会实践活动的大型化和复杂化要求系统思想方法定 性与定量相结合
•第二次世界大战是定量化系统方法的“催生婆”
18
发展过程
•运筹学、控制论和信息论的成就，把科学的定量的系统思 想适用范围，从自然物扩展到人工物，从物理扩展到事理， 为系统科学横断自然科学、社会科学和工程技术的基本特征 的形成奠定了基础
•系统工程概念提出：美国贝尔电话公司，20世纪40年代 •1957年，古德和麦考尔出版了《系统工程》 •泰勒（1856-1915）：由科学管理发展到管理科学 •系统工程的成功范例：阿波罗飞船登月成功（1969） •1972年成立国际应用系统分析研究所 •20世纪70-80年代：建立系统自组织理论
19
发展过程
•耗散结构理论（普利高津，1969）：在开放且远离平衡情 况下，系统通过和环境进行物质与能量交换，一旦某个参量 变化达到一定的阈值，就可能从原来的无序状态自发转变到 在时间、空间和功能上的有序状态
•协同学理论（哈肯，1969）：一个系统从无序到有序的关 键不在于系统是平衡或非平衡，也不在于离平衡有多远，而 是通过系统内部各子系统之间的非线性相互作用，在一定条 件下，能自发产生在时间、空间和功能上稳定的有序结构， 这就是自组织
•20世纪出现了许多大型、复杂的工程技术和社会经济问题， 要求从整体上加以优化解决
15
•发展过程
16
发展过程
•直接把系统作为研究对象：贝塔朗菲（1910-1971）的一般 系统论（1937、1945） •他认为：现实是一个有组织的由实体构成的递阶秩序，在许 多层次的叠加中从物理、化学系统引向生物、社会系统，不 能把分割的部分行为拼加成整体，必须考虑各个子系统和整 个系统之间的关系，才能了解各部分的行为和整体
5
第一章 系统与系统科学
主要内容
第一节 系统科学的形成与发展
第二节 系统科学基本概念与方法
6
第一节 系统科学的形成与发展
本节内容
一、古今系统思想 二、系统科学的产生与发展 三、系统科学的体系结构和地位
7
一、古今系统思想
•系统思想是关于事物整体性观念、相互联系的观念、 演化发展的观念
•系统概念源于人类社会实践：
5.考查形式与时间：报告、考查
3
二、授课内容
1、系统与系统科学
2、系统工程及其方法论 3、系统分析 4、系统预测 5、系统建模与仿真 6、系统综合评价 7、系统可行性分析 8、系统决策分析 考查
3学时
3学时 9学时 3学时 6学时 3学时 3学时 3学时 3学时
4
三、教学参考书
1.喻湘存，熊曙初，《系统工程教程》，清华大学 出版社，2006年2月 2.《运筹学》（第二版），清华大学出版社 3. 许国志，《系统科学》，上海科教出版社，2000
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二、系统科学的形成和发展
科学背景
•20世纪初，微观层次建立了统一的量子力学和原子结构理论 •宇宙层次建立了科学的宇宙结构学说 •特别是综合了粒子物理成就的宇宙演化模型的建立，从根本 上为科学的系统演化理论的形成和发展打下了坚实的基础 •在这样的背景下，人们开始重点集中于以人为尺度的宏观层 次，寻求这个层次的事物的产生、发展和演化的共性规律 •反映这一趋势的代表：薛定谔（1943）在爱尔兰的报告“生 命是什么：活细胞的物理学观”
《黄帝内经》：强调人体各器官的有机联系、生理现 象和心理现象的联系、身体健康和自然环境的联系 都江堰工程：鱼嘴岷江分水工程、飞沙堰分洪排沙工 程、宝瓶口引水工程和120个附属渠堰工程之间的联系 处理恰到好处 古希腊：德谟克利特《世界大系统》
8
都江堰水利工程
• 都江堰水利工程在四川都江堰市城西，是全世界至今为止， 年代最久、唯一留存、以无坝引水为特征的宏大水利工程。 • ２２００多年来，至今仍然连续使用，仍发挥巨大效益，为 文明世界的伟大杰作，造福人民的伟大水利工程。 • 都江堰渠首的三大主体工程 鱼嘴分水堤、飞沙堰溢洪道、 宝瓶口进水口三大部分构成，科学地解决了江水自动分流、 自动排沙、控制进水流量等问题，消除了水患，使川西平原 成为“水旱”的“天府之国”。 • 目前灌溉面积已达 40 余县，１９９８年超过一千万亩。都 江堰水利工程的三个子工程融为一个整体，巧妙配合实现了 彻底排沙、最佳水量的自动调节的作用。
主讲教师： 罗 强
李小平
武汉大学 水利水电学院
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罗强：
E-mail：qluo@ 地址：武汉大学水利水电学院农水楼305室
李小平：
Telphone: 68772202 地址：武汉学计划
1.课程性质： 2.学分/学时： 3.上课时间： 4.上课地点： 6.成绩评定： 全校公选课 2学分/36学时 1-13周，周四12－14节 1区3－402教室 平时成绩40%，期末60%
•20世纪30年代末，战争需要，研制雷达系统，产生运筹学
•运筹学的贡献：把系统有效运行的制约因素和要实现的目标 这一共性，概括成一种数学模式：联立约束方程和目标函数 并求解 •运筹学的成熟标志：瓦格纳（1969）《运筹学原理和对管理 决策的应用》
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发展过程
•控制论（维纳，1894-1964）：关于动物和机器中控制和通 信的科学，基础是自动控制技术和统计数学 •它对系统科学的贡献：提炼出了包括生物系统和人工系统 的共性和规律，提炼出的概念：目的、行为、通信、输入、 输出、反馈、控制等，及在这些概念上的模型，联系着理论 与应用 •信息学（申农，1948）：对系统的信息传递和处理过程规 律 •计算机技术（1948）：不单是威力巨大的计算手段，标志 着人类对信息处理本质的认识，即人的智能机理，实现了人 的信息处理的智能可以部分由人造物代替
•强调全局观念、从全局出发合理使用局部、最终求得 全局效果最佳，从而找到精确计算后的获胜对策
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•综合起来，系统思想是进行分析与综合的辩证思 维工具，它在辩证唯物主义那里取得了哲学的表 达形式，在运筹学等学科那里找到了定量的表达 形式，在系统工程这里获得了丰富的实践内容 •系统思想是从经验到哲学、从思辩到定性再到定 量的发展过程
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鱼嘴分水堤
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飞沙堰溢洪道
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•现代科学技术使系统思想定量化，成为有数学理论、 能够定量处理系统各组成部分相互联系的科学方法 •计算机技术的发展为定量化系统思想的应用提供了强
有力工具
•社会实践活动的大型化和复杂化要求系统思想方法定 性与定量相结合
•第二次世界大战是定量化系统方法的“催生婆”
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发展过程
•运筹学、控制论和信息论的成就，把科学的定量的系统思 想适用范围，从自然物扩展到人工物，从物理扩展到事理， 为系统科学横断自然科学、社会科学和工程技术的基本特征 的形成奠定了基础
•系统工程概念提出：美国贝尔电话公司，20世纪40年代 •1957年，古德和麦考尔出版了《系统工程》 •泰勒（1856-1915）：由科学管理发展到管理科学 •系统工程的成功范例：阿波罗飞船登月成功（1969） •1972年成立国际应用系统分析研究所 •20世纪70-80年代：建立系统自组织理论
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发展过程
•耗散结构理论（普利高津，1969）：在开放且远离平衡情 况下，系统通过和环境进行物质与能量交换，一旦某个参量 变化达到一定的阈值，就可能从原来的无序状态自发转变到 在时间、空间和功能上的有序状态
•协同学理论（哈肯，1969）：一个系统从无序到有序的关 键不在于系统是平衡或非平衡，也不在于离平衡有多远，而 是通过系统内部各子系统之间的非线性相互作用，在一定条 件下，能自发产生在时间、空间和功能上稳定的有序结构， 这就是自组织
•20世纪出现了许多大型、复杂的工程技术和社会经济问题， 要求从整体上加以优化解决
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•发展过程
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发展过程
•直接把系统作为研究对象：贝塔朗菲（1910-1971）的一般 系统论（1937、1945） •他认为：现实是一个有组织的由实体构成的递阶秩序，在许 多层次的叠加中从物理、化学系统引向生物、社会系统，不 能把分割的部分行为拼加成整体，必须考虑各个子系统和整 个系统之间的关系，才能了解各部分的行为和整体
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第一章 系统与系统科学
主要内容
第一节 系统科学的形成与发展
第二节 系统科学基本概念与方法
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第一节 系统科学的形成与发展
本节内容
一、古今系统思想 二、系统科学的产生与发展 三、系统科学的体系结构和地位
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一、古今系统思想
•系统思想是关于事物整体性观念、相互联系的观念、 演化发展的观念
•系统概念源于人类社会实践：
5.考查形式与时间：报告、考查
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二、授课内容
1、系统与系统科学
2、系统工程及其方法论 3、系统分析 4、系统预测 5、系统建模与仿真 6、系统综合评价 7、系统可行性分析 8、系统决策分析 考查
3学时
3学时 9学时 3学时 6学时 3学时 3学时 3学时 3学时
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三、教学参考书
1.喻湘存，熊曙初，《系统工程教程》，清华大学 出版社，2006年2月 2.《运筹学》（第二版），清华大学出版社 3. 许国志，《系统科学》，上海科教出版社，2000
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二、系统科学的形成和发展
科学背景
•20世纪初，微观层次建立了统一的量子力学和原子结构理论 •宇宙层次建立了科学的宇宙结构学说 •特别是综合了粒子物理成就的宇宙演化模型的建立，从根本 上为科学的系统演化理论的形成和发展打下了坚实的基础 •在这样的背景下，人们开始重点集中于以人为尺度的宏观层 次，寻求这个层次的事物的产生、发展和演化的共性规律 •反映这一趋势的代表：薛定谔（1943）在爱尔兰的报告“生 命是什么：活细胞的物理学观”
《黄帝内经》：强调人体各器官的有机联系、生理现 象和心理现象的联系、身体健康和自然环境的联系 都江堰工程：鱼嘴岷江分水工程、飞沙堰分洪排沙工 程、宝瓶口引水工程和120个附属渠堰工程之间的联系 处理恰到好处 古希腊：德谟克利特《世界大系统》
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都江堰水利工程
• 都江堰水利工程在四川都江堰市城西，是全世界至今为止， 年代最久、唯一留存、以无坝引水为特征的宏大水利工程。 • ２２００多年来，至今仍然连续使用，仍发挥巨大效益，为 文明世界的伟大杰作，造福人民的伟大水利工程。 • 都江堰渠首的三大主体工程 鱼嘴分水堤、飞沙堰溢洪道、 宝瓶口进水口三大部分构成，科学地解决了江水自动分流、 自动排沙、控制进水流量等问题，消除了水患，使川西平原 成为“水旱”的“天府之国”。 • 目前灌溉面积已达 40 余县，１９９８年超过一千万亩。都 江堰水利工程的三个子工程融为一个整体，巧妙配合实现了 彻底排沙、最佳水量的自动调节的作用。